Раздел VII. Теплофизические основы и технологии сварочного производства

16. Характеристика способов сварки и схематизация сварочных процессов

16.1. Классификация и технологические характеристики различных способов сварки 350

16.2. Основные источники энергии, применяющиеся при сварке 357

16.3. Схематизация процессов распространения тепла при сварке 365

16.4. Тепловой баланс электрической дуговой сварки 367

17. Способы термической сварки

17.1. Ручная дуговая сварка 370

17.2. Автоматическая сварка под флюсом 373

17.3. Сварка в защитных газах 375

17.4. Плазменная сварка и резка 377

17.5. Электрошлаковая сварка. 380

17.6. Газовая сварка 382

18. Термомеханические способы сварки

18.1. Электрическая контактная стыковая сварка. 384

18.2. Электрическая контактная точечная сварка. 387

18.3. Электрическая контактная шовная сварка 390

18.4. Конденсаторная сварка 393

18.5. Сварка трением 396

18.6. Ультразвуковая сварка 398

Тесты для проверки знаний по разделу VII 400

Раздел VIII. Изготовление деталей из композиционных материалов, электро-физико-химические и нетрадиционные методы обработки

19. ПОЛУЧЕНИЕ ДЕТАЛЕЙ МЕТОДОМ ПОРОШКОВОЙ МЕТАЛЛУРГИИ

19.1. Технологический процесс получения деталей методом порошковой металлургии 410

19.2. Получение порошка исходного материала 412

19.3. Формование заготовок 416

19.4. Спекание и доводка заготовок 423

20. Производство изделий из полимерных

материалов

20.1. Способы формообразования деталей из полимеров в вязкотекучем состоянии 426

20.2. Обработка полимеров в высокоэластическом состоянии 435

20.3. Обработка полимерных материалов в твердом состоянии 437

20.4. Сварка полимерных материалов 440

21. Электро-физико-химические

и нетрадиционные методы обработки

21.1. Классификация электро-физико-химических методов обработки 443

21.2. Электроэрозионная обработка 444

21.3. Электрохимическая (анодно-химическая) обработка 447

21.4. Ультразвуковая размерная обработка 448

21.5. Лучевая обработка 450

21.6. Комбинированные процессы обработки 455

21.7. Нетрадиционные методы обработки 457

21.8. Методы формирования изделий путем наращивания поверхности 460

21.9. Методы поверхностной модификации свойств изделий 467

Тесты для проверки знаний по разделу VIII 475

Библиографический список 514

Введение

Основной задачей дисциплины «Материаловедение и технология конструкционных материалов» является подготовка студентов в области материаловедения, технологии производства и обработки конструкционных материалов, формообразования заготовок и деталей машин.

Разделы I–III посвящены материаловедению. Рассмотрены: строение и свойства материалов (в основном металлов и их сплавов), причем в отличие от традиционного изложения не только механические, но и основные теплофизические свойства; структура, свойства, термическая и химико-термическая обработка железоуглеродистых сплавов; легированные стали и сплавы, сплавы со специальными свойствами (коррозионно-стойкие, жаростойкие и жаропрочные), инструментальные материалы, цветные металлы и сплавы на их основе и неметаллические материалы.

Изучив разделы дисциплины «Материаловедение и технология конструкционных материалов», студент должен знать:

• основные свойства материалов, обеспечивающих качество технологических процессов и изделий машиностроения, в том числе сплавов со специальными свойствами (коррозионно-стойких, жаростойких и жаропрочных сплавов, а также инструментальных материалов);

• влияние свойств материалов на ресурсосбережение и надежность изделий, технологических процессов и средств автоматизации;

• основные типы кристаллических решеток и их дефекты, структуру сплавов, общие закономерности диаграмм фазового равновесия и диаграмму «Железо – цементит»;

• способы термической, химико-термической обработки; основные способы упрочнения металлов и сплавов;

• классификацию металлов, сплавов и неметаллических материалов.

Студент должен изучить и уметь применять:

• методы определения оптимальных и рациональных режимов термообработки, упрочнения материалов;

• методы анализа причин возникновения дефектов в материалах;

• методы проведения стандартных испытаний по определению показателей физико-химических свойств используемых материалов и готовых изделий;

• методы определения качества и состояния сплавов на основании анализа их структуры.

Раздел IV учебника посвящен металлургии и литейному производству. В начале раздела приводятся теоретические сведения, необходимые для анализа физической сути рассматриваемых процессов. Рассмотрение химических превращений и реакций позволило охарактеризовать суть процессов восстановления железа из руд при выплавке чугуна и снижения содержания углерода и примесей при выплавке стали. Процессы затвердевания и кристаллизации металла и строение слитка объяснены на основе анализа закономерностей отвода тепла в изложницу, или литейную форму.

Изучая этот раздел, студент должен иметь представление: об основных закономерностях теплообмена в твердых телах, об уравнении теплопроводности и теплофизических характеристиках материалов, о закономерностях выравнивания температуры и описании их методом точечных источников, в частности о температуре стержня с постоянной температурой на торце; знать: характеристики технологических процессов и оборудования, применяющихся в металлургическом и машиностроительном производствах для получения металлов и сплавов, методы расчета энергетических затрат, количественной оценки времени остывания отливок или слитков с помощью ЭВМ, основные направления повышения качества отливок и производительности металлургического и литейного производства; уметь: проектировать заготовки, получаемые литьем, выбирать рациональные технологии и оценивать затраты энергии и времени, связанные с производством отливок.

Раздел V посвящен технологическим способам обработки заготовок резанием. На основе кинематического подхода даны характеристики способов лезвийной и абразивной обработки резанием, определения геометрических характеристик режущих инструментов и режима резания, деформации материала при резании.

Рассмотрено влияние схемы резания (свободного и несвободного, прямоугольного и косоугольного, стационарного и нестационарного) на технологические составляющие силы резания применительно к основным способам лезвийной обработки. Приведены теоретические и эмпирические сведения об удельных силах резания.

Методы технологической теплофизики и термомеханики использованы для определения температур в зоне стружкообразования, на передней и задней поверхностях инструмента.

Рассмотрены геометрические характеристики износа, а также дифференциальные и интегральные характеристики изнашивания режущего лезвия, выяснены связи между ними и влияние условий термомеханического нагружения режущего лезвия на его износ или пластические деформации; методики определения допускаемых режимов резания по заданным рациональным температурам или по условиям достижения критериев затупления инструмента.

Приведены основные понятия, использующиеся при разработке технологических процессов обработки резанием, методика расчета заготовок и назначения межоперационных размеров деталей, а также примеры проектирования лезвийной обработки при получении заготовок.

Изучив пятый раздел, студент должен иметь представление: об условиях образования сливной стружки и вытекающих из них характеристиках (усадке стружки, относительном сдвиге), о деформациях и скоростях деформации при резании, о закономерностях распространения тепла от быстродвижущихся источников, о взаимосвязи температуры и механических характеристик обрабатываемого материала, о влиянии температуры на изнашивание инструмента; знать: основные понятия, определения и расчетные формулы, характеризующие способы лезвийной и абразивной обработки резанием, методики расчета сил, температур, режимов резания, выбора рациональных инструментальных материалов и назначения рациональных режимов резания, а также методики оценки точности и шероховатости обработанных поверхностей, размеров заготовок; уметь: рассчитывать оптимальные размеры заготовок, выбирать и проектировать рациональные способы обработки резанием, описывать характеристики оборудования и режущих инструментов, рассчитывать на ЭВМ и выбирать по таблицам рациональные параметры режима резания, разрабатывать технологические наладки обработки резанием, обосновывать оптимальные варианты технологических процессов обработки деталей резанием.

В разделе VI рассмотрены основные технологические способы обработки металлов давлением, применяющиеся в металлургическом производстве (прокатное производство, волочение и прессование) и в машиностроении (ковка и штамповка), а также основы получения деталей методом порошковой металлургии. Рассмотрение технологических способов обработки металлов давлением предваряется изложением необходимых теоретических сведений о напряжениях, деформациях, механических свойствах и нагреве заготовок. Наряду с описанием технологических характеристик рассмотрены закономерности теплообмена при обработке давлением, а также методы оценки деформаций, расчета сил, работы и мощности деформирования.

Изучив этот раздел, студент должен иметь представление: о характеристиках напряженного и деформированного состояния, об изменении механических характеристик материала в зависимости температуры и других условий его деформирования, об основных схемах деформирования материалов и способах обработки давлением, о методах расчета работы и усилий деформирования, о закономерностях нагрева заготовок; знать: характеристики технологических процессов и оборудования, применяющихся в металлургическом и машиностроительном производствах для получения продукции прокатного производства, волочения и прессования и заготовок с применением ковки, объемной и листовой штамповки, методы расчета энергетических затрат и усилий деформирования, основные направления повышения качества и производительности; уметь: выбирать рациональные технологии и оборудование, оценивать затраты энергии и усилия деформирования, разрабатывать технологические наладки способов обработки давлением, проектировать чертежи поковок (штамповок).

Раздел VII посвящен сварочному производству. Здесь приводятся сведения о технологических и физических основах сварки, об основных источниках тепловой энергии, об электрических свойствах сварочной дуги, об источниках сварочного тока. Рассмотрены схематизация и методы расчета температуры при сварке от неподвижных и движущихся источников тепла, баланс тепловых потоков при дуговой сварке. С применением методов технологической теплофизики к расчету температуры рассмотрены основные способы термической и термомеханической сварки.

Изучив этот раздел, студент должен иметь представление: о закономерностях распространения тепла от неподвижных и движущихся источников тепла, о методах расчета температуры и тепловых потоков при осуществлении различных способов сварки; знать: характеристики основных технологических процессов и оборудования, применяющихся для сварки, методы расчета энергетических затрат, теплового баланса и производительности сварки, основные направления повышения качества и производительности сварки; уметь: проектировать технологические наладки сварочных процессов, выбирать рациональные сварочные технологии и оценивать затраты энергии и времени.